JP5746775B2 - 光学機器およびその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、光学機器およびその制御方法に関し、特に手振れ補正機能を有する光学機器およびその制御方法に関するものである。

デジタルカメラなどの光学機器の振れを検出して、この振れに起因する像ブレを補正するように移動可能な撮像レンズを駆動する振れ補正装置を備えた光学機器が知られている。また近年では動画記録時にワイド端側において防振範囲を広げて、歩き撮りなどにより生じる大きな手振れに対して従来よりも手振れ補正の効果を高める技術も知られている（以下大振れ防振と呼ぶ）。

また、大きな手振れに対して補正制御が行われる光学機器に関しては、例えば、特許文献１に開示されているものがある。

特開２００６−４７７４２号公報

しかしながら、上述の特許文献１に開示された従来技術では、光学機器を保持する姿勢情報に合わせて可動範囲を広げた場合、シフトレンズの駆動分解能が低下する。動画および静止画の撮影の双方が可能な撮像装置においては、より解像度が要求される静止画撮影時ではその影響は手振れ補正効果の劣化として顕著に出てしまう。また光学レンズの特性から、シフトレンズの可動範囲を広げた場合の静止画画像において解像度の劣化など画質の低下が懸念される。

本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、動画及び静止画の撮影の双方において、手振れの抑制効果と画質の劣化の防止を両立させることである。

本発明に係わる光学機器は、光軸と異なる第１の方向に移動することで撮影光学系により結像される像のブレを補正する補正レンズと、前記補正レンズの第１の方向の位置を検出する位置検出手段と、前記位置検出手段から出力された前記補正レンズの第１の方向の位置情報を示す電圧信号をデジタル信号に変換する変換手段と、振れ検出手段の出力である振れ量と前記補正レンズの第１の方向の位置情報とに基づいて前記補正レンズの駆動目標位置を算出する算出手段と、前記駆動目標位置へ前記補正レンズを駆動する駆動手段と、動画撮影時の前記補正レンズの第１の方向の位置分解能を変更する制御手段と、を有し、前記制御手段は、動画撮影時において、前記補正レンズの駆動目標値が所定値以下の場合の前記補正レンズの第１の方向の第１の位置分解能を、前記補正レンズの駆動目標値が所定値より大きい場合の前記補正レンズの第１の方向の第２の位置分解能よりも高くなるように制御することを特徴とする。

本発明によれば、動画及び静止画の撮影の双方において、手振れの抑制効果と画質の劣化の防止を両立させることが可能となる。

本発明の一実施形態に係る撮像装置のブロック図。 本発明の一実施形態に係る防振制御部のブロック図。 本発明の一実施形態に係るホール調整の模式図。 本発明の一実施形態に係るＡＤ分解能の詳細説明図。 本発明の一実施形態に係る静止画モードと動画モードのＡＤ分解能切り替え図。 本発明の一実施形態に係るＡＤ分解能切り替えのフローチャート。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る光学機器の構成を示すブロック図である。この光学機器は、主に静止画像と動画像の撮影を行うためのデジタルカメラである。

図１において、１０１はズームユニットであり、変倍を行うズームレンズを含む。１０２はズーム駆動制御部であり、ズームユニット１０１を駆動制御する。１０３は光軸に垂直な方向に位置を変更することが可能な補正レンズ（シフトレンズ、補正部材）である。１０４は防振制御部であり、補正レンズ１０３を駆動制御する。

１０５は絞り・シャッタユニットである。１０６は絞り・シャッタ駆動制御部であり、絞り・シャッタユニット１０５を駆動制御する。１０７はフォーカスユニットであり、ピント調節を行うレンズを含む。１０８はフォーカス駆動制御部であり、フォーカスユニット１０７を駆動制御する。上記のズームユニット１０１、補正レンズ１０３、絞り・シャッタユニット１０５、フォーカスユニット１０７は、被写体像を結像させる撮影レンズ内に配置されている。

１０９は撮像部であり、各レンズ群を通ってきた光像を電気信号に変換する。１１０は撮像信号処理部であり、撮像部１０９から出力された電気信号を映像信号に変換処理する。１１１は映像信号処理部であり、撮像信号処理部１１０から出力された映像信号を用途に応じて加工する。１１２は表示部であり、映像信号処理部１１１から出力された信号に基づいて、必要に応じて画像表示を行う。１１３は電源部であり、システム全体に用途に応じて電源を供給する。１１４は外部入出力端子部であり、外部との間で通信信号及び映像信号を入出力する。１１５はシステムを操作するための操作部である。１１６は記憶部であり、映像情報など様々なデータを記憶する。１１７は姿勢情報制御部であり、撮像装置の姿勢判定をして姿勢情報を提供する。１１８はシステム全体を制御するカメラシステム制御部である。

次に、上記構成を持つデジタルカメラの概略動作について説明する。

操作部１１５には、ユーザによって振れ補正（防振）モードを選択可能にする防振スイッチ（切換手段）が含まれる。防振スイッチにより振れ補正モードが選択されると、カメラシステム制御部１１８が防振制御部１０４に防振動作を指示し、これを受けた防振制御部１０４が防振オフの指示がなされるまで防振動作を行う。また、操作部１１５には、静止画撮影モードと動画撮影モードとのうちの一方を選択可能にする撮影モード選択スイッチが含まれており、それぞれの撮影モードにおいて各アクチュエータの動作条件を変更することができる。

操作部１１５には、押し込み量に応じて第１スイッチ（ＳＷ１）および第２スイッチ（ＳＷ２）が順にオンするように構成されたシャッタレリーズボタンが含まれる。シャッタレリーズボタンが約半分押し込まれたときにスイッチＳＷ１がオンし、シャッタレリーズボタンが最後まで押し込まれたときにスイッチＳＷ２がオンする構造となっている。スイッチＳＷ１がオンされると、フォーカス駆動制御部１０８がフォーカスユニット１０７を駆動してピント調節を行うとともに、絞り・シャッタ駆動制御部１０６が絞り・シャッタユニット１０５を駆動して適正な露光量に設定する。スイッチＳＷ２がオンされると、撮像部１０９に露光された光像から得られた画像データが記憶部１１６に記憶される。

また操作部１１５には動画記録スイッチが含まれる。スイッチ押下後に動画撮影を開始し、記録中に再度スイッチを押すと記録を終了する。また、操作部１１５には再生モードを選択出来る再生モード選択スイッチも含まれており、再生モード時には防振動作を停止する。

また操作部１１５には、ズーム変倍の指示を行う変倍スイッチが含まれる。変倍スイッチによりズーム変倍の指示があると、カメラシステム制御部１１８を介して指示を受けたズーム駆動制御部１０２がズームユニット１０１を駆動して、指示されたズーム位置にズームユニット１０１を移動させる。それとともに、撮像部１０９から送られ、各信号処理部（１１０,１１１）にて処理された画像情報に基づいて、フォーカス駆動制御部１０８がフォーカスユニット１０７を駆動してピント調節を行う。

図２は防振制御部１０４とカメラシステム制御部１１８の間をより詳細に説明したブロック図である。以下に説明する図２の構成が、像ブレ補正制御を行うにあたっての振れ補正システムである。

Ｐｉｔｃｈ方向およびＹａｗ方向で同じ構成となるため、片軸のみで説明を行う。２０１は角速度検出部（以下ジャイロ）であり、ジャイロが角速度データを検出し電圧として出力する。２０２は角速度ＡＤ変換部であり、ジャイロ２０１が出力したデータをデジタルデータに変換する。

２０３はジャイロゲイン部でありジャイロの出力ばらつきを揃えるための出力調整部である。２０４はキャンセル量算出部であり、角速度データを積分し角度データに変換し、手振れ角度データの逆方向を手振れキャンセルデータとし、補正レンズ１０３の駆動範囲に応じた特性の変更を行い、振れキャンセル量を算出している。この時、駆動目標値（指令値）は指令値中心値２１２に振れキャンセル量を足したものになる。ここで指令値のレンジはシフトレンズＡＤ値と等価である。キャンセル量算出部（目標位置算出部）で出力されたデータはシフトレンズ位置制御部２０５へ通知される。

２０７はシフトレンズ位置検出部であり、シフトレンズの光軸と垂直な方向の位置情報を検出して電圧として出力する。ここではホール素子を用いているが、他の検出手段を用いてもよい。２０８はシフトレンズ位置ＡＤ変換部であり、シフトレンズ位置検出部２０７が出力したデータをデジタルデータに変換している。

シフトレンズ位置制御部２０５は振れキャンセル量と、シフトレンズ位置ＡＤ変換部２０８が検出した位置データとの差分をとり、その偏差が０に近づくようにフィードバック制御を行う。最終的に補正レンズ１０３を駆動する信号がシフトレンズ駆動ドライバ部２０６に通知される。シフトレンズ駆動ドライバ部２０６は、駆動信号を通知されると、その分だけ補正レンズ１０３を駆動させる。

２０９はホールオフセット部である。ホール素子出力の増幅部に電圧を印加することにより増幅後のホール出力に電圧オフセットを与え、シフトレンズ位置を調整することが出来る。

２１０はホールゲイン部である。ホール素子の入力部に所定の電圧を印加することによりホール素子の出力を制御する。２１１は姿勢検出部であり、本実施形態においては、シフトレンズ位置制御部２０５の情報から光学機器の姿勢を判定する。なお、姿勢検出部２１１は加速度センサや姿勢センサのようなセンサを用いて機器の姿勢を判定してもよい。

ここでホールオフセット部２０９を用いたホールオフセット調整とホールゲイン部２１０を用いたホールゲイン調整（シフトレンズ位置ＡＤ分解能設定）について詳細を述べる。以降ではホールオフセット調整とホールゲイン調整を合わせてホール調整と呼ぶ。

ホールオフセット部２０９を用いたシフトレンズの移動のメカ中心の算出方法は、シフトレンズをメカ駆動範囲面上の水平垂直方向の限界まで駆動させるような移動指令をホールオフセット部２０９へ通知し、シフトレンズを駆動させる。このときの駆動範囲の各限界点の中点がメカ的な中心となる（このメカ中心出しをホールオフセット部２０９で行うことをホールオフセット調整という）。この結果得られたシフトレンズの中心位置をメカ中心と呼び、防振時の駆動中心位置となる。（図３（ａ）参照）。

ホールゲイン部２１０を用いたシフトレンズ位置ＡＤ分解能（シフトレンズ位置検出精度）設定の方法を、図３（ｂ）参照しながら説明する。まず、シフトレンズをメカ駆動範囲面上の水平垂直方向に所定量（例えば５０ＬＳＢ）駆動させるような移動指令をシフトレンズ位置制御部２０５へ通知し、シフトレンズを駆動させる。この時の画角の変化量が０．１度になるようにホールゲイン部２１０の値を設定する。この結果得られた値をホールゲイン値と呼び、この調整をホールゲイン調整と呼ぶ。このホールゲイン調整において０．１度の画角移動量に対して何ＬＳＢで駆動させるかがシフトレンズ位置ＡＤ分解能となる。本実施形態では制御精度（検出精度）としてこのシフトレンズ位置ＡＤ分解能を用いる。尚ここではホール調整はテレ端位置で行うものとする。

図４にシフトレンズＡＤ分解能の例を示す。シフトレンズのＡＤレンジは０から６００とし、中央位置を３００とする。図４（ａ）のように静止画モードを基準として考えた場合はホールゲイン調整によりテレ端での０．４度画角が変化する時のシフトレンズ駆動量が２００ＬＳＢに設定されているとする。ここでシフトレンズＡＤ分解能が高い方が静止画撮影時の手振れ補正に有利であるので、出来るだけテレ端での分解能が高くなるように設定する。

ここでワイド端でのＡＤ分解能はテレ端とワイド端の所定画角変化量あたりのシフトレンズ移動量の差で決定される（以下この移動量をシフトレンズ敏感度と呼ぶ）。このシフトレンズ敏感度はレンズの構造・種類によって値が異なる。

例えばある低倍率レンズの場合にテレ端とワイド端のシフトレンズ敏感度比が２：１だった場合、テレ端での画角変化量０．４度のシフトレンズＡＤ分解能を２００ＬＳＢとしたとき、ワイド端では１００ＬＳＢとなる。この時ＡＤレンジの制限によりワイド端ではシフトレンズの可動範囲は±１．２度となる。この設定で動画モード時に大振れ防振を行う場合ＡＤレンジが不足して歩き撮りなどの大きな振れに対して対応出来ない。

そこで図４（ｂ）に示すように動画モードの大振れ防振に対応するために、ワイド端で可動範囲を４．８度のように広くとるようにＡＤ分解能を設定すると（０．４度あたり２５ＬＳＢ）今度はテレ端のＡＤ分解能が低くなる（０．４度あたり５０ＬＳＢ）。その設定で静止画モードに切り替え、静止画撮影を行うと手振れ補正効果が低下してしまう。

ここで動画モード時にシフトレンズＡＤ分解能を低くした時の手ブレ防振についてであるが、動画記録時は静止画画像よりも手振れ防振効果の低下は目立たず、ある程度ＡＤ分解能を下げても見た目的には殆ど劣化は分からない。その理由として、静止画は動画に比べて要求される画質が高いため、静止画記録時には動画記録時よりも記録画素数が多いことが挙げられる。また画質の点でも解像度については、動画の解像度の劣化は静止画の解像度の劣化ほど顕著ではない。

このようにシフトレンズＡＤ分解能を静止画撮影用に合わせると動画記録時のシフトレンズの可動範囲が確保出来なくなり、動画撮影時の振れ補正機能で要求される駆動範囲に合わせると静止画撮影時の手振れ補正効果が低下してしまうという問題が生じてしまう。

そこで、本実施形態では、図５に示すように静止画モードと動画モードの切り替え時にシフトレンズＡＤ分解能を切り替える手段（切替手段）を設けている。切り替え方法としてホールゲイン値（アナログゲイン）を変更する。なお、動画撮影モードのときのシフトレンズＡＤ分解能を用いて振れ補正を行う第１のモードとし、静止画撮影モードのときのシフトレンズＡＤ分解能を用いて振れ補正を行う第２のモードとする。そして、第１のモードのときのシフトレンズＡＤ分解能よりも第２のモードのときのシフトレンズＡＤ分解能の方が高くなるように設定されている。

ここでホール調整値によるＡＤ分解能の切り替えは動画記録開始時と動画記録終了時に行うとし、動画記録中のみ動画撮影用のＡＤ分解能に設定するとしてもよい。また静止画モードと動画モードの切り替えがないデジタルカメラにおいては、通常待機時には静止画撮影用のＡＤ分解能とし、制御分解能の切り替えは動画記録開始時と動画記録終了時に行い、動画記録中のみ動画撮影用のＡＤ分解能に設定するとしてもよい。

ここでＡＤ分解能を切り替えるときにホールゲイン調整値だけでなくホールオフセット調整値も切り替える理由を述べる。ホールオフセット調整値を１ＬＳＢ変化させた時のホール出力電圧値の変化は回路構成上一定値となる。ホールゲイン調整により０．４度あたりのシフトレンズＡＤ幅が設定された場合、画角０．４度あたりのホール出力電圧幅も決定される。ここで例えば０．４度あたりのＡＤ幅を２００ＬＳＢとした時と５０ＬＳＢとした時ではその電圧幅も４倍異なることになり、それ故ホールオフセット値１ＬＳＢあたりの補正画角量も４倍異なることになる。よってホールゲイン値を変更した場合、ホールゲイン値に対応するホールオフセット値も異なってくるので、結果としてＡＤ分解能変更にはホールゲイン調整値とホールオフセット調整値の両方の変更が必要となる。

ここで動画撮影時にはいつでもＡＤ分解能を動画撮影用に切り替えるといいかというとそうとは限らない。例えば防振オフのモードの時にはシフトレンズは中央位置固定なので可動範囲を広くとる必要が無くＡＤ分解能を替える必要が無い。同様に防振オンの時でも三脚に固定されている場合など揺れ量が小さい時にもシフトレンズ駆動範囲を広くとる必要が無い。このような場合にＡＤ分解能を下げてシフトレンズの制御性を下げる必要も無いし、また切り替えにより少なからずシフトレンズ制御の不連続性が生じるので必要が無い限りはＡＤ分解能を切り替えない方が好ましい。これらの事情に鑑みて図６に動画を記録する時のＡＤ分解能切り替えフローチャートを示す。

図６では静止画および動画記録を行っていない通常待機時には静止画撮影用のＡＤ分解能に設定されており、動画記録開始時と動画記録終了時にＡＤ分解能を切り替え、動画記録中のみ動画撮影用のＡＤ分解能の設定がなされるものとする。

まず動画記録開始時にＳ１０１において防振モードがオフかどうかを判定する。オフだった場合には動画記録中はシフトレンズは中央固定のままであるので防振駆動範囲を広げる必要が無いと判定し（切替判定）、ＡＤ分解能は静止画撮影用のＡＤ分解能を保持したままで（Ｓ１０８）、動画記録終了まで動画記録を行う（Ｓ１０９）。

次に防振モードがオンであった場合にはその時の手振れ量が所定値以下かどうかを判定する（Ｓ１０２）。ここで揺れ量の閾値は手振れ波形の大きさや振幅、周波数を検出して揺れ量を求める方法が考えられる。たとえば、揺れ量の閾値として手振れ波形の大きさが、通常の静止画撮影に立ち止まってカメラ構えている時に生じる手振れ量程度（例えば０．３度）としても良いし、静止画撮影用ＡＤ分解能の状態で防振出来る揺れ量としても良い。更には三脚処理に入る閾値を用いることで、手振れ波形の振幅及び周波数がそれぞれの閾値以下であるかのような判定を用いるなどとしても良く、用途に合わせて様々な設定をすることが出来る。また判定基準として揺れ量を用いる他、駆動指令値（補正レンズ１０３の駆動目標値）やシフトレンズＡＤ値（補正レンズ１０３の位置）を用いても良い。

揺れ量が所定値より大きい場合にはＳ１０７に進み動画撮影用ＡＤ分解能に切り替える。切り替え後は、動画記録終了まで動画記録を行う（Ｓ１０９）。

Ｓ１０２で揺れ量が所定値以下であった場合にはＳ１０３に進み、静止画撮影用ＡＤ分解能のまま動画撮影を開始する。動画記録開始後、Ｓ１０４で動画記録終了となった場合には静止画撮影用ＡＤ分解能のまま動画記録を終了する。この場合には動画記録開始・終了においてＡＤ分解能の切り替えは行われないことになる。

Ｓ１０４で動画記録終了ではなく更に記録が続けられる場合にはＳ１０５で再度揺れ量が所定値以下であるかどうかの判定を行う。ここで揺れ量が所定値以下かどうかは定期的（例えば１ｍｓ周期）に判定を行うとしてもよいし、常時観察しながら判定を行ってもよい。揺れ量が所定値以下だった場合にはその後も動画記録終了となるまで揺れ量を観察し続け、動画終了時まで揺れ量が所定値以下だった場合には静止画撮影用ＡＤ分解能のままとなり、この場合にも動画記録中はＡＤ分解能切り替えが行われないこととなる。Ｓ１０５で動画記録中に揺れ量が所定値より大きくなった場合にはＳ１０６に進み動画撮影用のＡＤ分解能に設定する。

その後動画記録終了（Ｓ１０９）となるまで動画記録を行う。

以上の処理により、動画記録時および動画記録中にＡＤ分解能を切り替える必要が無い場合には静止画撮影用ＡＤ分解能のまま動画を記録することにより、不必要なＡＤ分解能切り替え時のシフトレンズ制御の不連続が生じない。そして、最適な防振制御を行うことが可能となる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。たとえば、シフトレンズの代わりに撮像素子を駆動する機構であってもよい。また、本発明は光学機器としてデジタルカメラを例にとったが、デジタルビデオカメラや、デジタル一眼レフ用の交換レンズ、振れ補正機構を搭載した携帯電話やゲームのような電子機器であっても良い。

Claims (6)

1. 光軸と異なる第１の方向に移動することで撮影光学系により結像される像のブレを補正する補正レンズと、
   前記補正レンズの第１の方向の位置を検出する位置検出手段と、
   前記位置検出手段から出力された前記補正レンズの第１の方向の位置情報を示す電圧信号をデジタル信号に変換する変換手段と、
   振れ検出手段の出力である振れ量と前記補正レンズの第１の方向の位置情報とに基づいて前記補正レンズの駆動目標位置を算出する算出手段と、
   前記駆動目標位置へ前記補正レンズを駆動する駆動手段と、
   動画撮影時の前記補正レンズの第１の方向の位置分解能を変更する制御手段と、を有し、
   前記制御手段は、動画撮影時において、前記補正レンズの駆動目標値が所定値以下の場合の前記補正レンズの第１の方向の第１の位置分解能を、前記補正レンズの駆動目標値が所定値より大きい場合の前記補正レンズの第１の方向の第２の位置分解能よりも高くなるように制御することを特徴とする光学機器。
2. 前記第１の位置分解能は、静止画撮影における像ブレ補正の場合の前記補正レンズの第１の方向の位置分解能であることを特徴とする請求項１に記載の光学機器。
3. 前記補正レンズの第１の方向の位置分解能は、動画撮影の前には前記第１の位置分解能に設定されており、動画撮影の開始に伴って、前記第１の位置分解能から前記第２の位置分解能に変更されることを特徴とする請求項１または２に記載の光学機器。
4. 前記所定値は、静止画撮影の場合にユーザが立ち止まって前記光学機器を構えている時に生じる手振れ量に対応する前記補正レンズの駆動目標値であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光学機器。
5. 前記所定値は、前記第１の位置分解能の場合に像ブレ補正可能な揺れ量に対応する前記補正レンズの駆動目標値であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光学機器。
6. 光学機器の制御方法であって、
   光軸と異なる第１の方向に移動することで撮影光学系により結像される像のブレを補正する補正レンズの第１の方向の位置を検出する位置検出工程と、
   前記位置検出工程で出力された前記補正レンズの第１の方向の位置情報を示す電圧信号をデジタル信号に変換する変換工程と、
   振れ検出工程で出力された振れ量と前記補正レンズの第１の方向の位置情報とに基づいて前記補正レンズの駆動目標位置を算出する算出工程と、
   前記駆動目標位置へ前記補正レンズを駆動する駆動工程と、
   動画撮影時の前記補正レンズの第１の方向の位置分解能を変更する制御工程と、を有し、
   前記制御工程では、動画撮影時において、前記補正レンズの駆動目標値が所定値以下の場合の前記補正レンズの第１の方向の第１の位置分解能を、前記補正レンズの駆動目標値が所定値より大きい場合の前記補正レンズの第１の方向の第２の位置分解能よりも高くなるように制御することを特徴とする光学機器の制御方法。

Images